JP2015080851A - 繊維強化樹脂の射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルから吐出される樹脂と繊維の混練物の混合比率を安定させることで、繊維含有率の安定性を向上させること。【解決手段】射出成形機１は、前方側に吐出ノズルが設けられた加熱シリンダ２０１と、加熱シリンダ２０１の内部に、回転および回転軸方向に移動可能に設けられたスクリュ１０と、加熱シリンダ２０１に形成された樹脂受入口２０８を介して加熱シリンダ２０１内に樹脂ペレットＰを供給する樹脂供給部２０７と、加熱シリンダ２０１において樹脂受入口２０８よりも前方側に形成された繊維受入口２０６を介して加熱シリンダ２０１内に強化繊維Ｆを供給する繊維供給部２１３と、繊維受入口２０６を介して加熱シリンダ２０１内に供給され、後方から流入した溶融樹脂Ｍに合流される強化繊維Ｆの供給量ＱＦを、繊維受入口２０６よりも後方で加熱シリンダ２０１の軸線方向の所定箇所とスクリュ１０の円柱部２３との間を流れる溶融樹脂Ｍの流量Ｑに応じて可変に制御する制御部５０と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、繊維強化樹脂を用いた射出成形に関する。

強化繊維を含有させることにより強度を高めた繊維強化樹脂が各種の成形品に用いられている。繊維強化樹脂の成形品を射出成形で得るには、シリンダ内でスクリュを後退させながら回転させることにより熱可塑性樹脂を溶融し、溶融した樹脂に繊維を混練する。そして、シリンダの前端に所定量が溜められた混練物を吐出ノズルから金型内に射出する。

繊維強化樹脂においては、樹脂に対して繊維が均一に分散し、繊維を一定の比率で含有することが重要である。樹脂に対する繊維の比率（繊維含有率）がバラついていると、成形品の各部で強度がバラついてしまう。
繊維含有率を一定化するために、本件出願人は、特許文献１および特許文献２を出願している。

これら特許文献１および特許文献２に記載された射出成形装置は、シリンダ内に樹脂ペレットを供給する樹脂供給部と、同じシリンダ内に繊維を供給する繊維供給部とを個別に備える。繊維供給部は、シリンダにおいて樹脂供給部よりも前方に設けられる。
特許文献１では、それまでスクリュを前進させる射出時には停止していた繊維の供給を射出時も含めて継続して行い、スクリュの溝において繊維が供給されない箇所が生じるのを抑制する。これによって繊維含有率が一定化される。

特許文献２では、スクリュが、樹脂を溶融する第１ステージと、繊維供給部が配置され、溶融された樹脂と繊維とを混練する第２ステージとに区分されており、第１ステージのフライトのリードよりも第２ステージのフライトのリードを大きくしている。これにより、繊維供給部から供給される繊維の落下が、スクリュの進退時にフライトにより遮られる機会が減少し、第２ステージのフライト間の溝に繊維が十分に供給されるので、繊維含有率が一定化される。

ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／００１９９８ 特願２０１３−０８４５６４号

特許文献１または特許文献２に記載された方策により、繊維含有率のバラつきを抑える効果が得られているものの、現状、繊維強化樹脂の繊維含有率を一定に安定させることは難しい。
そこで、シリンダ前端のノズルから吐出される樹脂と繊維の混練物の混合比率を調べてみると、その混合比率が変動している。

本発明は、上記のような課題に基づいてなされたもので、ノズルから吐出される樹脂と繊維の混練物の混合比率を安定させることで、成形品中の繊維含有率の安定性を向上させることができる繊維強化樹脂の射出成形装置、および繊維強化樹脂の射出成形方法を提供することを目的とする。

本件の発明者は、吐出ノズルを通過する混練物の混合比率が変動するのは、シリンダ内に供給された繊維と合流する溶融樹脂の流量変動にあると考え、実際にその流量変動が生じていることを確かめた。

上記知見に基づいてなされた本発明の射出成形装置は、前方側に吐出ノズルが設けられたシリンダと、シリンダの内部に、回転および回転軸方向に移動可能に設けられたスクリュと、シリンダに形成された樹脂受入口を介してシリンダ内に樹脂原料を供給する樹脂供給部と、シリンダにおいて樹脂受入口よりも前方側に形成された繊維受入口を介してシリンダ内に強化繊維を供給する繊維供給部とを備える。
そして、本発明は、繊維受入口を介してシリンダ内に供給され、後方から流入した樹脂原料に合流される強化繊維の供給量を、繊維受入口よりも後方でシリンダの軸線方向の所定箇所とスクリュとの間を流れる、溶融した樹脂原料の流量に応じて可変に制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、シリンダ内に供給された強化繊維との合流箇所へと後方から流入する、溶融した樹脂原料の流量に応じて、強化繊維の供給量を可変に制御することにより、樹脂原料の流量が変動しても、樹脂原料および強化繊維の合流比率を一定に保つことができる。その合流比率は、その後、強化繊維および樹脂原料が共に搬送される過程でも引き継がれるので、吐出ノズルから吐出される強化繊維および樹脂原料の混合比率を安定させることができる。その結果、得られた成形品の繊維含有率の安定性を向上させることができる。

本発明の射出成形装置において、シリンダの所定箇所の内周とスクリュの外周との間には、円筒状の流路が形成されることが好ましい。
円筒状の流路を流れる溶融した樹脂原料の流れは、円筒状の流路に関する数式（後述する式（１））を用いて容易に求めることができる。

本発明の射出成形装置において、制御部は、所定箇所とスクリュとの間を流れる樹脂原料の圧力差および温度の各々の検出値を用いて流量を取得し、取得された流量に応じて強化繊維の供給量を可変に制御することが好ましい。
これにより、射出成形のプロセス中に実測された樹脂原料の圧力差および温度を用いて取得された流量に基づいて、実機および実際のプロセスに即した制御を行うことができる。

本発明の射出成形装置の制御部は、例えば、樹脂原料の流量を取得する流量取得部と、流量および所定の繊維含有率を用いて強化繊維の供給量を取得する繊維供給量取得部と、供給量に対応する繊維供給部の駆動量を指示する制御指令を出す繊維供給部制御部と、を備えるように構成することができる。

本発明の射出制御方法は、前方側に吐出ノズルが設けられるとともに、内部にスクリュが配置されたシリンダ内に供給される樹脂原料と、シリンダ内に樹脂原料よりも前方で供給される強化繊維とを用いて射出成形する方法であって、シリンダ内に供給され、後方から流入した樹脂原料に合流される強化繊維の供給量を、強化繊維および樹脂原料が合流する箇所よりも後方でシリンダの軸線方向の所定箇所とスクリュとの間を流れる、溶融した樹脂原料の流量に応じて可変に制御することを特徴とする。

本発明によれば、シリンダ内に供給された強化繊維との合流箇所へと後方から流入する、溶融した樹脂原料の流量に応じて強化繊維の供給量を可変に制御することにより、樹脂原料の流量が変動しても、樹脂原料および強化繊維の合流比率を一定に保つことができる。その合流比率は、その後、強化繊維および樹脂原料が共に搬送される過程でも引き継がれるので、吐出ノズルから吐出される強化繊維および樹脂原料の混合比率を安定させることができる。その結果、得られた成形品の繊維含有率の安定性を向上させることができる。

本発明の射出成形方法では、所定箇所とスクリュとの間を流れる樹脂原料の圧力差および温度に応じて流量を取得し、取得された流量に応じて強化繊維の供給量を可変に制御することが好ましい。
これにより、射出成形のプロセス中に実測された樹脂原料の圧力差および温度を用いて取得された流量に基づいて、実機および実際のプロセスに即した制御を行うことができる。

本発明の射出成形方法は、例えば、樹脂原料の流量を取得する樹脂流量取得ステップと、取得された流量および所定の繊維含有率を用いて強化繊維の供給量を取得する繊維供給量取得ステップと、取得された供給量により強化繊維を供給させる繊維供給制御ステップと、を備えることができる。

本発明によれば、ノズルから吐出される樹脂と繊維の混練物の混合比率を安定させることで、成形品中の繊維含有率の安定性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る射出成形装置の構成を示す図である。 射出成形装置の可塑化ユニットを示す図である。 射出成形の各プロセスにおける樹脂の溶融状態を模式的に示す図であり、（ａ）は可塑化開始当初、（ｂ）は可塑化完了時、（ｃ）は射出完了時を示している。 （ａ）は、図２に示すＡ部の拡大図である。（ｂ）は、強化繊維との合流箇所へと後方から流入する溶融樹脂の流量の時間的変化を示すグラフである。 制御部の構成のうち、強化繊維の供給量の制御に関する部分を示すブロック図である。 制御部による繊維供給量の制御を示すフローチャートである。 繊維供給装置の他の例を示す図である。 第１実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る射出成形装置の可塑化ユニットにおいて、繊維受入口よりも後方におけるシリンダおよびスクリュと、圧力センサを示す図である。 （ａ）は、溶融樹脂の圧力とシリンダ位置との関係を示すグラフである。（ｂ）は、溶融樹脂の圧力とスクリュ後退量（または可塑化時間）との関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る射出成形装置の可塑化ユニットにおいて、繊維受入口よりも後方におけるシリンダおよびスクリュと、圧力センサを示す図である。 溶融樹脂の圧力とシリンダ位置との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
本実施形態に係る射出成形機１は、図１に示すように、型締ユニット１００と、可塑化ユニット２００と、これらのユニットの動作を制御する制御部５０と、を備えている。
以下、型締ユニット１００の構成と動作、可塑化ユニット２００の構成と動作の概略について説明し、次いで、射出成形機１による射出成形の手順について説明する。

［型締ユニットの構成］
型締ユニット１００は、ベースフレーム１０１上に固設されるとともに固定金型１０３が取り付けられた固定ダイプレート１０５と、油圧シリンダ１１３の作動によってレールや摺動板などの摺動部材１０７上を図中左右方向に移動するとともに可動金型１０９が取り付けられた可動ダイプレート１１１と、固定ダイプレート１０５と可動ダイプレート１１１とを連結する複数のタイバー１１５とを備えている。固定ダイプレート１０５には、各タイバー１１５と同軸に型締め用の油圧シリンダ１１７が設けられており、各タイバー１１５の一端は当該油圧シリンダ１１７のラム１１９に接続されている。
これらの各要素は制御部５０の指示にしたがって必要な動作を行う。

［型締ユニットの動作］
型締ユニット１００の概略の動作は以下の通りである。
まず、型開閉用の油圧シリンダ１１３の作動により可動ダイプレート１１１を図中の二点鎖線の位置まで移動させて可動金型１０９を固定金型１０３に当接させる。次いで、各タイバー１１５の雄ねじ部１２１と可動ダイプレート１１１に設けられた半割りナット１２３を係合させて、可動ダイプレート１１１をタイバー１１５に固定する。そして、油圧シリンダ１１７内の可動ダイプレート１１１側の油室の作動油の圧力を高めて、固定金型１０３と可動金型１０９とを締め付ける。このようにして型締めを行った後に、可塑化ユニット２００から金型のキャビティ内に溶融樹脂Ｍを射出して成形品を成形する。
なお、本実施形態の可塑化ユニット２００は後述するように熱可塑性の樹脂ペレットＰと強化繊維Ｆをスクリュ長手方向に個別に供給する方式であるため、スクリュ１０の全長もしくは可塑化ユニット２００の全長が長くなりやすい。このため、本実施形態は、トグルリンク方式や可動ダイプレートの背面に型締めシリンダを備えた方式の型締め装置が設置できないような狭いスペースでも、設置ができる省スペース化が可能な前述した構成を有する型締ユニット１００を示した。しかし、ここで示した型締ユニット１００の構成はあくまで一例に過ぎず、他の構成を適用し、あるいは置換することを妨げない。例えば、本実施形態では型開閉用のアクチュエータとして油圧シリンダ１１３を示したが、型開閉用のアクチュエータをボールねじやラック・アンド・ピニオンなどの回転運動を直線運動に変換させる部材とサーボモータや誘導モータなどの電動モータとの組み合わせに代えてもよい。また、電動駆動あるいは油圧駆動によるトグルリンク式型締ユニットに代えてもよいことは言うまでもない。

［可塑化ユニットの構成］
図２に示すように、可塑化ユニット２００は、円筒型の加熱シリンダ２０１と、加熱シリンダ２０１の前方側に設けた吐出ノズル２０３と、加熱シリンダ２０１の内部に設けられたスクリュ１０と、加熱シリンダ２０１内に強化繊維Ｆを供給する繊維供給装置２１３と、加熱シリンダ２０１内に樹脂ペレットＰを供給する樹脂供給ホッパ２０７とを備えている。
樹脂供給ホッパ２０７は、加熱シリンダ２０１に形成された樹脂受入口２０８に連結されている。
繊維供給装置２１３は、加熱シリンダ２０１において樹脂受入口２０８よりも前方に形成された繊維受入口２０６に連結されている。
可塑化ユニット２００は、スクリュ１０を前進又は後退させる第１電動機２０９と、スクリュ１０を回転可能な第２電動機２１１と、樹脂供給ホッパ２０７に対して樹脂ペレットＰを供給するペレット供給装置２１５と、を備えている。これらの各要素は制御部５０の指示にしたがって必要な動作を行う。なお、可塑化ユニット２００において、溶融樹脂Ｍが射出される側を前、原料（強化繊維、樹脂ペレット）が供給される側を後とする。

スクリュ１０は、いわゆるガスベント式スクリュと同様の２ステージ型のデザインとなっている。具体的にはスクリュ１０の後方側に、供給部２９、圧縮部２４を備えた第１ステージ２１と、第１ステージ２１に連結した供給部２５、圧縮部２６を備えた第２ステージ２２を有するデザインとなっている。
第１ステージ２１で樹脂を溶融（溶融樹脂Ｍ）し、第２ステージ２２で溶融樹脂Ｍと強化繊維Ｆを混合、分散させる。第１ステージ２１の終端部（前側端）で圧縮により高圧となっている加熱シリンダ２０１内の溶融樹脂Ｍの圧力を、強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝内に充填するために減圧する必要がある。このために、第１ステージ２１の終端（前側端）に第２ステージ２２の深溝部である供給部２５を円柱部２３による絞り流路を介して間接的に連結させている。
強化繊維Ｆが供給される第２ステージ２２の第２フライト２８のリードは、第１フライト２７のリードより大きく設定されている。これは、強化繊維Ｆの折損抑制に有効である。具体的にはスクリュ先端部までのスクリュ溝の螺旋状の溝長さが短くできるため、可塑化工程時にスクリュの回転によって強化繊維Ｆを含有した溶融樹脂Ｍが、スクリュ溝内での旋回流動による剪断力を受ける距離または時間を短縮できるためである。
一方、第１ステージ２１は、溶融樹脂Ｍの搬送速度及び可塑化能力を確保するために、リードＬ１をリードＬ２よりも小さくする。

第１ステージ２１と第２ステージ２２との間には、図４（ａ）に示すように、円柱部２３が位置する。
円柱部２３の外周面と、加熱シリンダ２０１の内周面との間には、円筒状の検出流路Ｓが形成される。検出流路Ｓは、スクリュ１０の軸心と同心に形成される。加熱シリンダ２０１には検出流路Ｓを軸方向に挟んで圧力センサ３１，３２が設けられている。
第１ステージ２１において溶融された溶融樹脂Ｍは、円柱部２３外周と加熱シリンダ２０１内壁の間の検出流路Ｓを通り、第２ステージ２２へと流入する。後述するように、検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの温度および検出流路Ｓの前後における圧力損失（圧力差）を検出し、検出値を用いて溶融樹脂Ｍの流量を算出する。
そして、検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの温度を温度センサ３３により検出する。温度センサ３３による検出位置は、図では後方圧力センサ３１による検出位置と前方圧力センサ３２による検出位置との中間であるが、位置は特に制約されない。このとき、温度センサ３３を加熱シリンダ２０１の内壁に露出させて、加熱シリンダ２０１の内部の溶融樹脂Ｍの温度を直接測定しても良いし、温度センサ３３を加熱シリンダ２０１の内壁に露出させることなく、加熱シリンダ２０１の胴部温度を測定して溶融樹脂Ｍの温度として用いても良い。
もし、検出流路Ｓの前端側と後端側とで温度が相違するならば、前端側と後端側との各々において検出した温度を平均して用いてもよい。

なお、図８（ａ）に示すように、相対的に後方に配置される後方圧力センサ３１および相対的に前方に配置される前方圧力センサ３２からなる圧力センサの組を複数組、加熱シリンダ２０１の軸方向に並べておき、スクリュ１０の後退量に同期して、順次、より後方の圧力センサの組を用いるようにしても良い（図８（ａ）および（ｂ）参照）。図８（ａ）および（ｂ）では、測定に用いる圧力センサに「Ａ」を付し、測定に用いない圧力センサに「Ｎ」を付している。この点、図８（ｃ）および（ｄ）でも同様である。
上記によると、ほぼ常にスクリュ１０において検出流路Ｓを挟んだ同じ位置で圧力を検知できるので、溶融樹脂Ｍの流量を精度良く算出できる。このとき、各組の圧力センサ間の距離は同一にすることが好ましい。また各組の圧力センサを設ける周方向位置は、全て同じ位相でもよいし、各組それぞれ異なる位相でもよい。更に言えば複数組の圧力センサが同じ位相で、その他の複数組の圧力センサが異なる位相でもよい。
また、上記の後方圧力センサ３１および前方圧力センサ３２の組をなすことなく、図８（ｃ）に示すように、加熱シリンダ２０１の軸方向に圧力センサ３０を並べておき、スクリュ１０の後退量に同期して、順次、円柱部２３を挟む位置関係となる圧力センサ３０を選択して用いるようにしてもよい（図８（ｃ）および（ｄ）参照）。これによっても図８（ａ）および（ｂ）の場合と同様の効果が得られる。
図８に示す上記例では、加熱シリンダ２０１の軸方向に圧力センサを３つ以上並べるが、それに代えて、加熱シリンダ２０１の軸方向に移動可能な一組の圧力センサ３１，３２を設けることもできる。その場合、スクリュ１０の後退に同期させて、円柱部２３を間に挟むように圧力センサ３１，３２後退させることが好ましい。

［繊維供給装置の形態］
繊維供給装置２１３は、スクリュ式あるいはピストン式などの計量フィーダーを用いることができる。この場合、加熱シリンダ２０１に繊維供給装置２１３を直接連結させ、加熱シリンダ２０１内に直接強化繊維Ｆを供給してもよいし、繊維受入口２０６に繊維供給用ホッパ２０５（図７（ｂ））を設けて、繊維供給装置２１３から強化繊維Ｆを繊維供給用ホッパ２０５に供給してもよい。

計量フィーダーを加熱シリンダ２０１に直接連結する場合は、計量フィーダーの駆動力によって強化繊維Ｆを加熱シリンダ２０１内に押し込むことができるので、繊維受入口２０６内で強化繊維Ｆが絡み合ったとしても所定の供給量で、強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝内に充填できる。
繊維受入口２０６の清掃などのメインテナンスのために、計量フィーダーと加熱シリンダ２０１を簡易脱着可能な構造にしておくことが好ましい。
スクリュ式計量フィーダーを用いる場合は、スクリュが１本の単軸型のフィーダーでもスクリュが複数本の複数軸型フィーダーでも用いることができる。強化繊維Ｆを計量し安定して供給する搬送力が強く、強化繊維Ｆとフィーダー間の滑りを抑制できる複数軸型フィーダーが好ましく、特に構造がシンプルな２軸型フィーダーがコスト的にも設計的にも制御的にも好ましい。

なお、複数軸型のフィーダーにおいてスクリュ式の計量フィーダーを用いる場合は、スクリュのフライトと溝が互いに噛み合う、いわゆる、２軸押出成形機式のフィーダースクリュでも、隔壁により独立した、あるいは、隔壁が無いが互いに干渉することなく独立したフィーダースクリュでもよい。２軸押出成形機式のフィーダースクリュを用いる場合のスクリュの回転方向は、同方向でも異方向でもよい。

本実施形態の繊維供給装置２１３は、可塑化工程および射出工程を通じて強化繊維Ｆの供給を継続する。
本実施形態は、図１に示すように、２軸型スクリュフィーダー２１４を加熱シリンダ２０１に設け、強化繊維Ｆをスクリュ１０の溝内に強制的に供給する。なお、単軸型のスクリュフィーダーを用いても支障がないことは言うまでもない。
また、強化繊維Ｆ表面の樹脂の濡れ性を大きくするために、スクリュフィーダーを図示しないヒータによって加熱してもよい。これにより、スクリュフィーダー内の強化繊維Ｆの温度が上昇し、溶融樹脂Ｍが強化繊維Ｆに接触したときに、溶融樹脂Ｍが温度低下して固化あるいは粘度が増大し、強化繊維Ｆの塊の中に溶融樹脂Ｍが浸入しにくくなるのを防止できる。これにより、強化繊維Ｆの繊維間に溶融樹脂Ｍが入り、繊維の束が解けて強化繊維Ｆの溶融樹脂Ｍ中への分散を促進できる。また強化繊維Ｆの温度を高温にすることにより溶融樹脂Ｍが強化繊維Ｆに付着しやすくなるので、スクリュ１０の回転または前進に伴って強化繊維Ｆが繊維受入口２０６からシリンダ内に引き込まれる。

また、２軸型スクリュフィーダー２１４への強化繊維Ｆの供給方法は、２軸型スクリュフィーダー２１４に連続繊維、いわゆるロービング状態の繊維（以下、ロービング繊維という）を直接投入してもよいし、予め所定長さに切断されたチョップドストランド状態の繊維（以下、チョップド繊維という）を投入してもよい。あるいは、ロービング繊維とチョップド繊維を所定の割合で混合して投入してもよい。
チョップド繊維を投入する場合は、計量フィーダーの繊維投入口付近までロービング繊維で搬送し、繊維投入口付近でロービング繊維を切断した直後に上記の計量フィーダーに投入してもよい。これにより、飛散しやすいチョップド繊維を成形機投入まで暴露することがないので作業性を向上できる。
本実施形態では、２軸型スクリュフィーダー２１４の繊維投入口付近に、ロービングカッター２１８を設ける。ロービングカッター２１８により、ロービング繊維を切断し、チョップド繊維にしてから２軸型スクリュフィーダー２１４に供給する。

また、ロービングカッター２１８は、２軸型スクリュフィーダー２１４に向けて回転する回転式カッターのものを使用する。これにより、切断したチョップド繊維をカッターの回転力を利用して、ホッパなどの強化繊維Ｆの貯留部材を介することなく、直接２軸型スクリュフィーダー２１４のスクリュ溝内に投入できる。これにより、切断直後の絡み合いの少ない状態のままチョップド繊維を２軸型スクリュフィーダー２１４に投入できるので、２軸型スクリュフィーダー２１４に効率よくチョップド繊維を食い込ませて、２軸型スクリュフィーダー２１４から安定してスクリュ１０の溝内にチョップド繊維を供給できる。

［可塑化ユニットの動作］
可塑化ユニット２００の概略の動作は以下の通りである。なお、図１を参照願いたい
加熱シリンダ２０１の内部に設けられたスクリュ１０が回転されると、繊維供給装置２１３から繊維受入口２０６を介して供給された強化繊維Ｆ、および、樹脂供給ホッパ２０７から樹脂受入口２０８を介して供給された熱可塑性樹脂からなるペレット（樹脂ペレットＰ）は、加熱シリンダ２０１の前方側の吐出ノズル２０３側へ送り出される。この過程において、加熱され、溶融した樹脂ペレットＰ（溶融樹脂Ｍ）は強化繊維Ｆと混錬された後に、型締ユニット１００の固定金型１０３と可動金型１０９の間に形成されるキャビティへ所定量だけ射出される。なお、スクリュ１０を後退させながら可塑化を行った後に、前進することで射出を行うというスクリュ１０の基本動作を伴うことは言うまでもない。また、加熱シリンダ２０１の外周には、樹脂ペレットＰを溶融させるために図示しないヒータが設けられる。

［射出成形の手順］
以上の要素を備える射出成形機１は、以下の手順で射出成形を行う。
射出成形は、よく知られているように、可動金型１０９と固定金型１０３を閉じて高圧で型締めする型締工程と、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ２０１内で加熱、溶融して可塑化させる可塑化工程と、可塑化された溶融樹脂Ｍを、可動金型１０９と固定金型１０３により形成されるキャビティに射出、充填する射出工程と、キャビティに充填された溶融樹脂Ｍが固化するまで冷却する保持工程と、金型を開放する型開き工程と、キャビティ内で冷却固化された成形品を取り出す取り出し工程と、を備え、上述した各工程をシーケンシャルに、あるいは一部平行させて実施して１サイクルが完了する。

図３を参照しつつ、可塑化工程と射出工程について順に説明する。
［可塑化工程］
可塑化工程では、樹脂ペレットＰを加熱シリンダ２０１の後方の樹脂供給ホッパ２０７から樹脂受入口２０８を介して加熱シリンダ２０１内に供給するとともに、繊維供給装置２１３から繊維受入口２０６を介して強化繊維Ｆを加熱シリンダ２０１内に供給する。
可塑化工程において、樹脂ペレットＰおよび強化繊維Ｆの供給は継続して行われる。
可塑化開始当初、スクリュ１０は、加熱シリンダ２０１の前端に位置しており、その初期位置からスクリュ１０を回転させながら後退させる（図３（ａ）「可塑化開始」）。
スクリュ１０と加熱シリンダ２０１の間に供給された樹脂ペレットＰは、スクリュ１０を回転させることで、せん断力を受けて加熱されながら徐々に溶融して、前方へと搬送される。繊維供給装置２１３の位置まで搬送された溶融樹脂Ｍは、繊維供給装置２１３から供給された強化繊維Ｆと混練されながらさらに前方へと搬送され、スクリュ１０の前方に溜められる。その過程で、強化繊維Ｆの束がほぐれて溶融樹脂Ｍ中に分散される。
溶融樹脂Ｍが前方へと搬送されるのに伴って、溶融樹脂Ｍの圧力が次第に高められる。スクリュ１０の前方に溜められた溶融樹脂Ｍの圧力と、スクリュ１０の後退を抑制する背圧とをバランスさせながらスクリュ１０を後退させる。
こうして必要な量の溶融樹脂Ｍが溜まったところで、スクリュ１０の回転及び後退を停止する（図３（ｂ）「可塑化完了」）。

図３は、樹脂（樹脂ペレットＰ，溶融樹脂Ｍ）と強化繊維Ｆの状態を、「未溶融樹脂」、「樹脂溶融」、「繊維分散」及び「繊維分散完了」の４段階に模式的に区別して示している。「可塑化完了」（図３（ｂ））の段階では、スクリュ１０よりも前方の「繊維分散完了」は、溶融樹脂Ｍの中に強化繊維Ｆが分散され、射出に供される状態を示し、「繊維分散」は、スクリュ１０の回転に伴い、供給された強化繊維Ｆが溶融樹脂Ｍに分散されていることを示す。また、「樹脂溶融」は、樹脂ペレットＰがせん断力を受けることで溶融し、「未溶融樹脂」はせん断力を受けるが、未だ溶融するには到っていないことを示している。

［射出工程］
続く射出工程では、図３（ｃ）に示すように、スクリュ１０を前進させる。このときスクリュ１０の先端部に備えられている図示しない逆流防止弁は閉鎖される。スクリュ１０を前進させると、スクリュ１０の前方に溜まった、強化繊維Ｆが分散した溶融樹脂Ｍの圧力（樹脂圧力）が上昇し、強化繊維Ｆが分散した溶融樹脂Ｍが吐出ノズル２０３からキャビティに向けて吐出される。

〔本実施形態の主要な特徴〕
以下、本実施形態の主要な特徴について説明する。
さて、繊維強化樹脂においては、設計上の強度を得るため、樹脂に対して強化繊維Ｆが均一に分散し、樹脂および強化繊維Ｆを一定の比率で含有することが重要である。
繊維強化樹脂の成形品には、求められる強度の設計に基づいて、繊維含有率が定められている。
以下、繊維含有率は、重量を基準とする重量繊維含有率（weight of fiber contents）を指すものとする。重量繊維含有率は、繊維強化樹脂における樹脂の重量、樹脂に含有された強化繊維Ｆの重量の比率により定まる。
なお、重量繊維含有率に代えて、体積を基準とする体積繊維含有率（volume of fiber contents）を用いることもできる。

繊維含有率の安定性を向上するためには、吐出ノズル２０３から吐出される溶融樹脂Ｍと強化繊維Ｆとの混合物の混合比率を安定させる必要がある。
ところで、強化繊維Ｆは、加熱シリンダ２０１内に強化繊維Ｆを供給するための繊維受入口２０６の直下（合流箇所Ｊ）に位置するスクリュ１０の溝内で溶融樹脂Ｍに合流される。
供給された強化繊維Ｆは溶融樹脂Ｍに付着し、スクリュ１０によって溶融樹脂Ｍと混練されることで次第にほぐれ、溶融樹脂Ｍに分散される。その過程で強化繊維Ｆは、所定の粘度を有する溶融樹脂Ｍにより捕捉されており、溶融樹脂Ｍと共に前方へと搬送される。
ここで、繊維供給装置２１３から供給される強化繊維Ｆは全て、合流箇所Ｊで溶融樹脂Ｍに合流するとともに、スクリュ１０の溝内を逆流することなくスクリュ１０前方に搬送されるため、吐出される混練物における混合比率は、合流する溶融樹脂Ｍと強化繊維Ｆとの比率（合流比率）によってほぼ決定される。
そうすると、溶融樹脂Ｍおよび強化繊維Ｆの合流比率が変動すれば、その比率変動が、吐出ノズル２０３から吐出される混合物の混合比率に影響する。

繊維供給装置２１３から供給される強化繊維Ｆの供給量が仮に一定であるとしても、強化繊維Ｆと合流する溶融樹脂Ｍの供給量（流量）が変動すれば、溶融樹脂Ｍおよび強化繊維Ｆの合流比率が変動する。
合流箇所Ｊにおける溶融樹脂Ｍの流量を算出するため、上述の検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの圧力損失（圧力差）および温度を検出する。
ここで、合流箇所Ｊにおける溶融樹脂Ｍの圧力差および温度を用いて、合流箇所Ｊにおける流量を適切に算出できれば、検出流路Ｓを利用する必要がない。
しかし、合流箇所Ｊで圧力を測定する場合では、繊維供給装置２１３により強化繊維Ｆがスクリュ１０の溝内の溶融樹脂Ｍに強制的に充填されることで、溶融樹脂Ｍの圧力が不規則に変動する。そのため、測定された溶融樹脂Ｍの圧力値が強化繊維Ｆの充填により影響を受けてしまい、合流箇所Ｊに後方から流入し、強化繊維Ｆと合流する溶融樹脂Ｍの流量の変動を適切に捉えることが難しい。
したがって、合流箇所Ｊよりも後方（繊維受入口２０６よりも後方に同じ）で溶融樹脂Ｍの圧力差を検出する必要がある。
以上より、繊維供給装置２１３による強制充填の影響を大きくは受けない程度に合流箇所Ｊから後方に離間し、溶融を終えた樹脂が流れる検出流路Ｓを、溶融樹脂Ｍの圧力差を検出する箇所として定める。

また、円柱部２３は、樹脂ペレットＰの溶融を受け持つ第１ステージ２１の終端（前端）に位置するため、円柱部２３の周囲に位置する樹脂の状態は、図３（ａ）〜（ｃ）に「樹脂溶融」と記載されているように、可塑化工程および射出工程を通じて溶融している。つまり、円柱部２３の周囲の検出流路Ｓを流れるのは、完全に溶融した樹脂あるいは完全溶融に達しないまでも十分に軟化した半溶融樹脂を含んだ溶融樹脂である。

以上から、検出流路Ｓを流れる樹脂は、強化繊維Ｆや、樹脂ペレットＰの溶け残った大きな塊を含まず、均質な流動性を有するので、流体理論に基づいて、補正等を加えることなく流量Ｑを容易に導くことができる。つまり、検出流路Ｓの入口の圧力Ｐ１と出口の圧力Ｐ２との差と、溶融樹脂Ｍの粘度を左右する溶融樹脂Ｍの温度Ｔとに基づいて、流量Ｑを適切に算出することができる。

ここで、検出流路Ｓは円筒状であることから、検出流路Ｓの溶融樹脂Ｍの流れは、円筒状の流路の流量Ｑを求める式（１）に適合する。なお、図４（ａ）も参照されたい。
Ｑ＝π（Ｒ２＋Ｒ１）（Ｒ２−Ｒ１）^３（Ｐ１−Ｐ２）／（１２ηＬ） ・・・（１）
Ｒ１ ： 検出流路Ｓの内側半径
Ｒ２ ： 検出流路Ｓの外側半径
Ｐ１ ： 検出流路Ｓの入口側の圧力
Ｐ２ ： 検出流路Ｓの出口側の圧力
η ： 溶融樹脂Ｍの粘度
Ｌ ： 検出流路Ｓの入口から出口までの距離
上記のＲ１、Ｒ２、およびＬは既知であり、ηは、用いる樹脂の材質（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等）と、温度センサ３３により検出される温度Ｔとから定まる。
また、Ｐ１は後方圧力センサ３１により検出され、Ｐ２は前方圧力センサ３２により検出される。

圧力センサ３１，３２および温度センサ３３により、検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの圧力差および温度を継続して検出するとともに、式（１）より溶融樹脂Ｍの流量Ｑを算出する。
そうして得られた溶融樹脂Ｍの流量Ｑの時間的変化の一部を図４（ｂ）に示す。
図４（ｂ）に示すように、溶融樹脂Ｍの流量Ｑには、極大点および極小点を認めることができる。流量Ｑは、射出成形のサイクルタイムに対応するようにほぼ周期的に変化する。
上記のような流量Ｑの変動は、射出成形が進行する過程における溶融樹脂Ｍの圧力状態の変化に対応する。例えば、可塑化工程中、溶融樹脂Ｍは前方へと搬送されるのに伴ってスクリュのポンプ特性により圧力を高めていくので、検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの圧力も次第に上昇する。また、可塑化工程が終了すると、スクリュ回転によるポンプ効果が無くなるので溶融樹脂Ｍの圧力は減少する。
なお、図４（ｂ）は溶融樹脂Ｍの時間的変化を模式的に示しており、実際の流量Ｑは時々刻々と上下に変動する。

上記のように、検出流路Ｓを流れ、合流箇所Ｊへと流入する溶融樹脂Ｍの流量Ｑが変動する。その流量Ｑの時間的変化に対して、図４（ｂ）に破線で示すように強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆ（単位時間あたりの供給量）を追従させるように制御する。

本実施形態では、強化繊維Ｆの供給に、駆動力を必要とする繊維供給装置２１３を用いるので、その駆動量を制御することで、供給量Ｑ_Ｆを可変に制御する。
事前に試験やシミュレーションを行い、繊維供給装置２１３の駆動量と供給量Ｑ_Ｆとの対応を示すテーブルデータを作成しておくことが好ましい。

上記のような追従制御は、制御部５０が行う。
制御部５０は、図５に示すように、溶融樹脂Ｍの流量Ｑを算出する樹脂流量算出部５１と、流量Ｑに合わせて強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆを算出する繊維供給量算出部５２と、供給量Ｑ_Ｆに応じた繊維供給装置２１３の駆動量を指示する制御指令を出す繊維供給制御部５３とを備える。
制御部５０は、コンピュータ・プログラム、または回路素子を組み込んだ電気回路・電子回路により構成される。

図６を参照し、制御部５０の各部５１〜５３の動作を説明する。
制御部５０による繊維供給量の制御が開始されると、樹脂流量算出部５１は、後方圧力センサ３１、前方圧力センサ３２、および温度センサ３３から得られた検出値と、式（１）に基づいて流量Ｑを算出する（溶融樹脂の流量算出ステップＳ１）。

次に、繊維供給量算出部５２は、樹脂流量算出部５１により算出された流量Ｑに対して、所定の繊維含有率を実現するのに必要な強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆを算出する（繊維供給量算出ステップＳ２）。供給量Ｑ_Ｆは、流量Ｑに繊維含有率を乗じて求めることができる。供給量Ｑ_Ｆは、流量Ｑおよび繊維含有率の他、所定の補正値を用いて求めることができる。

次いで、繊維供給制御部５３は、繊維供給量算出部５２により算出された供給量Ｑ_Ｆに対応する繊維供給装置２１３の駆動量を指示する制御指令を繊維供給装置２１３へと送る（繊維供給制御ステップＳ３）。制御指令に基づいて繊維供給装置２１３の駆動量が制御される。
繊維供給装置２１３がスクリュフィーダーの場合は、制御指令により、スクリュフィーダーの回転数が制御される。
繊維供給装置２１３の駆動量が制御されることで、繊維供給装置２１３による強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆが制御される。

ステップＳ３を終えたなら、ステップＳ１に戻る。樹脂流量算出部５１は、各センサ３１〜３３により検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの圧力差および温度を観測しながら、式（１）による流量Ｑの算出結果を継続して出力する。以降、ステップＳ２およびステップＳ３を上記と同様に行う。
以上のステップＳ１〜Ｓ３は、可塑化工程のみ、あるいは可塑化工程と射出工程を通じて継続して行われる。

上記の制御により、図４（ｂ）に示すように、溶融樹脂Ｍの流量Ｑの時間的変化に対して、供給量Ｑ_Ｆが追従する。
つまり、溶融樹脂Ｍの流量Ｑが多いときは、強化繊維Ｆも多く供給され、溶融樹脂Ｍの流量Ｑが少ないときは、強化繊維Ｆも少なく供給されることとなる。
検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの流量Ｑは、合流箇所Ｊへと後方から流入する溶融樹脂Ｍの流量と同等である。
そのため、溶融樹脂Ｍの流量Ｑの変動に応じて強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆが制御されることで、合流箇所Ｊでの強化繊維Ｆと溶融樹脂Ｍとの合流比率を一定にすることができる。

以上で説明したように、本実施形態では、強化繊維Ｆとの合流箇所Ｊへと後方から流入する溶融樹脂Ｍの流量Ｑに応じて強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆを可変に制御することにより、溶融樹脂Ｍの流量Ｑが変動しても、溶融樹脂Ｍおよび強化繊維Ｆの合流比率を一定に保つことができる。合流比率は、その後、強化繊維Ｆおよび溶融樹脂Ｍが共に搬送される過程でも引き継がれるので、吐出ノズル２０３から吐出される強化繊維Ｆおよび溶融樹脂Ｍの混合比率を安定させることができる。その結果、得られた成形品の繊維含有率の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態では、スクリュ１０の第１ステージ２１と第２ステージ２２との間に位置する円柱部２３と加熱シリンダ２０１との間の検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの圧力差および温度を用いて溶融樹脂Ｍの流量Ｑを算出する。
ここで、第１ステージ２１において樹脂の溶融が完了するので、円柱部２３の位置では樹脂が溶融している。
加えて、円柱部２３が可塑化工程および射出工程を通じて繊維受入口２０６よりも後方に位置するので、検出流路Ｓには強化繊維Ｆが入り込まない。
したがって、検出流路Ｓには溶融樹脂Ｍだけが流れるので、検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの流量Ｑを適切に把握できる。その流量Ｑに応じて、強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆを適切に制御することができる。また、圧力センサ３１，３２部には強化繊維Ｆが入らないので、強化繊維Ｆによる圧力センサ３１，３２の摩耗による短命化も防止できる。

ところで、スクリュ１０の回転によるスクリュ１０の溝内の圧力測定値は、スクリュ１０の１回転を１周期として圧力変動する、具体的には測定圧力波形が鋸歯状の様態となる。よって、溶融樹脂Ｍの流量Ｑを算出するための圧力値として、鋸歯の上限値あるいは下限値あるいは平均値のいずれを用いてもよい。

〔第２実施形態〕
本実施形態では、第１実施形態と同様の射出成形機１を用いる。但し、スクリュ１０の後退による円柱部２３の移動に伴って加熱シリンダ２０１に対する検出流路Ｓの位置が変わっても、出来るだけ２つの圧力センサの間に検出流路Ｓを軸方向に挟んで溶融樹脂Ｍの圧力を検出できるように圧力センサを複数設ける（図８）のではなく、検出流路Ｓよりも後方の少なくとも２カ所で測定した圧力に基づいて、溶融樹脂Ｍの流量Ｑを推定する。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
本実施形態においても、第１実施形態と同様、圧力センサ３１，３２は加熱シリンダ２０１に固定されるが、圧力センサ３１，３２（図９）はどちらも、検出流路Ｓより後方に設けられる。より具体的に、圧力センサ３１，３２は、スクリュ１０が最大に後退したときの円柱部２３の位置よりも少し後方に位置する。
本実施形態では、検出流路Ｓよりも後方で、相対的に後方に位置する圧力センサ３１の圧力Ｐ１と、相対的に前方に位置する圧力センサ３２の圧力Ｐ２の差から、スクリュ１０と一体でスクリュ１０と共に後退する検出流路Ｓの手前に位置する仮想点Ｘ３の圧力Ｐ３を例えば外挿により推定する（図１０（ａ））。
加熱シリンダ２０１に設けられた圧力センサ３１，３２と検出流路Ｓとの相対位置は、機械的な組み付け状態により一意に決まっている。また、一般に第１ステージ２１の前端側における可塑化時の溶融樹脂Ｍの圧力は、スクリュのポンプ特性により前方に向かうほど、つまり圧力センサ３１，３２から見て検出流路Ｓに近くなるほど、略比例して上昇することが知られている。これを利用して、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２の差と、圧力センサ３１と検出流路Ｓとの相対位置（あるいは圧力センサ３２と検出流路Ｓとの相対位置）に基づいて、検出流路Ｓの手前に位置する仮想点Ｘ３の圧力Ｐ３を例えば外挿により推定する（図１０（ｂ））。
スクリュと共に後退する検出流路Ｓでは可塑化が進む、つまりスクリュ１０の後退量が大きくなるにつれて（あるいは可塑化時間の経過に伴って）、検出流路Ｓは圧力センサ３２に近づいてくる。このことは、圧力Ｐ３の値が圧力Ｐ２の値に近づくことを意味している（図１０（ｂ））。
以上により、スクリュ１０の後退に追従して、検出流路Ｓの手前に位置する仮想点Ｘ３の圧力Ｐ３を得ることができる。
ところで、検出流路部の前方側である２ｎｄステージの供給部（繊維受入口２０６）は、強化繊維を充填するために大気圧程度まで減圧することが好ましい。この場合、本実施形態においては、圧力Ｐ３と大気圧との圧力差を用いて流量Ｑを計算することができる。
また、スクリュ１０の後退開始から後退完了まで、つまり可塑化工程を通じて検出流路Ｓよりも前方側に位置する加熱シリンダ２０１の或る箇所に、別の圧力センサを設けて圧力を測定すれば、第１実施形態のように検出流路Ｓを挟んだ前後の圧力差として、その圧力センサの測定圧力と圧力Ｐ３との圧力差を求めることができる。その圧力差を用いて、流量Ｑを計算することにより、第１実施形態で述べたのと同様の作用効果が得られ、更に流量Ｑの計算精度を向上させることができる。

〔第３実施形態〕
本実施形態でも、第１実施形態の射出成形機１を用いる。但し、検出流路Ｓよりも後方の１カ所で、１つの圧力センサ３１（図１１）により測定した圧力に基づいて、溶融樹脂Ｍの流量Ｑを推定する。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
圧力センサ３１は、第１実施形態と同様に加熱シリンダ２０１に固定される。
加熱シリンダ２０１に設けられた圧力センサ３１と検出流路Ｓとの相対位置は、機械的な組み付け状態により一意に決まっている。また、一般に第１ステージ２１の前端側における可塑化時の溶融樹脂Ｍの圧力は、スクリュのポンプ特性により前方に向かうほど、つまり圧力センサ３１から見て検出流路Ｓに近くなるほど、略比例して上昇することが知られている。これを利用して、予め実験により圧力Ｐ１の変化を測定しておき、圧力Ｐ１の変化と、圧力センサ３１と検出流路Ｓとの相対位置に基づいて、検出流路Ｓの手前に位置する仮想点Ｘ３の圧力Ｐ３を例えば外挿により推定する（図１２）。
以上により、スクリュ１０の後退に追従して、検出流路Ｓの手前の仮想点Ｘ３の圧力Ｐ３を得ることができる。このとき、２ｎｄステージの供給部（繊維受入口２０６）を大気圧程度まで減圧した場合は、圧力Ｐ３と大気圧との圧力差を用いて流量Ｑを計算することができる。また、スクリュ１０の後退開始から後退完了まで、つまり可塑化工程を通じて検出流路Ｓよりも前方側に位置する加熱シリンダ２０１の或る箇所に、別の圧力センサを設けて圧力を測定すれば、第１実施形態のように検出流路Ｓを挟んだ前後の圧力差として、その圧力センサの測定圧力と圧力Ｐ３との圧力差を求めることができる。その圧力差を用いて、流量Ｑを計算することにより、第１実施形態で述べたのと同様の作用効果が得られ、更に流量Ｑの計算精度を向上させることができる。

本実施形態は、種々の改変を加えることが可能である。
検出流路Ｓが円筒形であることにより、式（１）を利用して流量Ｑを求めることができるが、検出流路Ｓの形状は、円筒形に限らない。例えば、円柱部２３の外周面の一部に形成された突起や窪みに対応する形状に検出流路Ｓが形成されるとしても、実験やシミュレーションにより、圧力差および温度と流量との相関関係より、検出流路Ｓを流れる溶融樹脂Ｍの流量Ｑを求めることができる。
また、円柱部２３に限らず加熱シリンダ２０１の軸線方向の所定箇所の内周面と、スクリュ１０の外周（例えば、フライト頂面）との間に形成される空間を検出流路Ｓとして用いることも本発明は許容する。
したがって、円柱部２３は本発明に必須ではない。
ここで、スクリュ１０に円柱部２３を形成するにしても、その位置は第１ステージ２１および第２ステージ２２の間には限定されない。

本実施形態では、可塑化工程および射出工程を通じて強化繊維Ｆの供給を継続する場合、可塑化工程および射出工程を通じて供給量Ｑ_Ｆを流量Ｑに追従させる制御を行うので、可塑化工程および射出工程の全期間において合流比率を一定に保つことができる。このようにすると、混合比率が一定に安定した混練物を連続して射出することができるので、繊維含有率の安定性を向上させる効果が最も高い。
但し、本発明は、可塑化工程および射出工程の一部の期間において強化繊維Ｆの供給を停止したり、その一部の期間において供給量Ｑ_Ｆの制御を停止し、予め定められた供給量で強化繊維Ｆを供給することを許容する。そのようにしても、残りの期間において強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆが制御されることにより混合比率の安定が図られるので、繊維含有率の安定性向上に寄与できる。

また、本実施形態では、樹脂流量算出部５１により流量Ｑを算出した直後に、強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆを算出するが、流量Ｑの算出時点で円柱部２３の周囲に存在した溶融樹脂Ｍが合流箇所Ｊに到達するのに要する時間（到達所要時間）に応じて、流量Ｑに対する強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆの応答を遅延させてもよい（図４（ｂ）の一点鎖線参照）。
上記のように制御するためには、流量Ｑの時間的変化を記憶しておき、到達所要時間だけ遡った時刻に検出された流量Ｑに応じて強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆを算出すればよい。

上述の通り、本実施形態は、合流箇所Ｊへと後方から流入する溶融樹脂Ｍの所定箇所における圧力差および温度を用いて流量Ｑを算出し、流量Ｑに応じて強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆを可変に制御する。
そのため、射出成形のプロセス中に実測された溶融樹脂Ｍの圧力差および温度から算出された流量Ｑに基づいて、実機および実際のプロセスに即した制御を行うことが可能であるが、本発明は、実験やシミュレーションに基づいて予め設定された流量Ｑを取得し、強化繊維Ｆの供給量Ｑ_Ｆの制御に用いることも許容する。
また、予め実験により、例えば、射出成形の１サイクル分についての流量Ｑをテーブルデータに設定しておくことで、オンタイムの実測値から流量Ｑを算出せずとも、十分実用に耐える制御を行うことができる。

強化繊維Ｆを供給する装置の形態としては、図７（ａ）に示す構成または図７（ｂ）に示す構成をも採用することができる。
図７（ａ）は、繊維供給装置としての単軸型スクリュフィーダー２１６を示す。このように単軸型スクリュフィーダー２１６を繊維受入口２０６に連通して設けて強化繊維Ｆを供給することもできる。単軸型スクリュフィーダー２１６により、強化繊維Ｆがスクリュ１０の溝内に強制的に供給される。

一方、繊維供給用ホッパ２０５を介して強化繊維Ｆを供給する場合は、繊維供給装置２１３として、図７（ｂ）に示すようなベルトフィーダ２１７を用いることができる。ベルトフィーダ２１７の搬送速度を調節することにより、強化繊維Ｆを所定の量だけ繊維供給用ホッパ２０５に供給できる。
ここで、ベルトフィーダ２１７から繊維供給用ホッパ２０５に強化繊維Ｆを供給する場合は、繊維受入口２０６内で強化繊維Ｆが絡み合わない程度の供給量、具体的には繊維受入口２０６を充満させない程度に強化繊維Ｆの供給量に制限することによって、繊維受入口２０６内を閉塞させることなく、強化繊維Ｆをスクリュ１０内に充填できる。これにより、強化繊維Ｆに負荷を与えることなく、スクリュ１０の溝内に供給できるので、スクリュ１０の溝内に投入する前の繊維折損を抑制できる。

また、本発明で用いるスクリュは、上記実施形態のスクリュ１０には限定されず、種々の形態を採ることができる。本発明のスクリュは、第１ステージ２１および第２ステージ２２を備えた２ステージ型には限定されない。
また、スクリュ１０は、リードが相違する第１フライト２７および第２フライト２８を備えるが、本発明のスクリュは、単一のリードを有する１種類のフライトを備えるものであってもよい。
スクリュの形態が変われば、樹脂の溶融状態も変わる。そのため、検出流路Ｓを通過する溶融樹脂Ｍが完全には溶融しておらず、圧力差および温度の検出には支障のない溶け残りを含むことも本発明は許容する。

また、本発明に適用される樹脂原料、強化繊維は、いずれも特に限定されない。
樹脂原料としては、ポリプロピレンやポリエチレンなどの汎用樹脂や、ポリアミドやポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックなどの公知の樹脂を広く用いることができる。
また、強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、竹繊維、麻繊維などの公知の繊維を広く用いることができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本発明は、射出成形の他に、押出成形にも応用することができる。その押出成形装置は、スクリュが進退されないことを除いて、本発明の射出成形装置と同様に構成することができる。

１ 射出成形機
１０ スクリュ
２１ 第１ステージ
２２ 第２ステージ
２３ 円柱部
２４ 圧縮部
２５ 供給部
２６ 圧縮部
２７ 第１フライト
２８ 第２フライト
２９ 供給部
３１ 後方圧力センサ
３２ 前方圧力センサ
３３ 温度センサ
５０ 制御部
５１ 樹脂流量算出部（樹脂流量取得部）
５２ 繊維供給量算出部（繊維供給量取得部）
５３ 繊維供給制御部
１００ 型締ユニット
１０１ ベースフレーム
１０３ 固定金型
１０５ 固定ダイプレート
１０７ 摺動部材
１０９ 可動金型
１１１ 可動ダイプレート
１１３ 油圧シリンダ
１１５ タイバー
１１７ 油圧シリンダ
１１９ ラム
１２１ 雄ねじ部
１２３ ナット
２００ 可塑化ユニット
２０１ 加熱シリンダ（シリンダ）
２０３ 吐出ノズル
２０５ 繊維供給用ホッパ
２０６ 繊維受入口
２０７ 樹脂供給ホッパ（樹脂供給部）
２０８ 樹脂受入口
２０９ 第１電動機
２１１ 第２電動機
２１３ 繊維供給装置（繊維供給部）
２１４ ２軸型スクリュフィーダー
２１５ ペレット供給装置
２１６ 単軸型スクリュフィーダー
２１７ ベルトフィーダ
２１８ ロービングカッター
Ｆ 強化繊維
Ｊ 合流箇所
Ｌ１ 第１リード
Ｌ２ 第２リード
Ｐ 樹脂ペレット（樹脂原料）
Ｑ 流量
Ｑ_Ｆ 供給量
Ｓ 検出流路
Ｓ１ 流量算出ステップ（流量取得ステップ）
Ｓ２ 繊維供給量算出ステップ（繊維供給量取得ステップ）
Ｓ３ 繊維供給制御ステップ

Claims (7)

1. 前方側に吐出ノズルが設けられたシリンダと、
   前記シリンダの内部に、回転および回転軸方向に移動可能に設けられたスクリュと、
   前記シリンダに形成された樹脂受入口を介して前記シリンダ内に樹脂原料を供給する樹脂供給部と、
   前記シリンダにおいて前記樹脂受入口よりも前方側に形成された繊維受入口を介して前記シリンダ内に強化繊維を供給する繊維供給部と、
   前記繊維受入口を介して前記シリンダ内に供給され、後方から流入した前記樹脂原料に合流される前記強化繊維の供給量を、前記繊維受入口よりも後方で前記シリンダの軸線方向の所定箇所と前記スクリュとの間を流れる、溶融した前記樹脂原料の流量に応じて可変に制御する制御部と、を備える、
   ことを特徴とする繊維強化樹脂の射出成形装置。
2. 前記シリンダの所定箇所の内周と前記スクリュの外周との間には、円筒状の流路が形成される、
   請求項１に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。
3. 前記制御部は、
   前記所定箇所と前記スクリュとの間を流れる前記樹脂原料の圧力損失および温度の各々の検出値を用いて前記流量を取得し、取得された前記流量に応じて前記強化繊維の前記供給量を可変に制御する、
   請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。
4. 前記制御部は、
   前記樹脂原料の前記流量を取得する流量取得部と、
   前記流量および所定の繊維含有率を用いて前記強化繊維の前記供給量を取得する繊維供給量取得部と、
   前記供給量に対応する前記繊維供給部の駆動量を指示する制御指令を出す繊維供給部制御部と、を備える、
   請求項３に記載の繊維強化樹脂の射出成形装置。
5. 前方側に吐出ノズルが設けられるとともに、内部にスクリュが配置されたシリンダ内に供給される樹脂原料と、前記シリンダ内に前記樹脂原料よりも前方で供給される強化繊維とを用いて射出成形する方法であって、
   前記シリンダ内に供給され、後方から流入した前記樹脂原料に合流される前記強化繊維の供給量を、前記強化繊維および前記樹脂原料が合流する箇所よりも後方で前記シリンダの軸線方向の所定箇所と前記スクリュとの間を流れる、溶融した前記樹脂原料の流量に応じて可変に制御する、
   ことを特徴とする繊維強化樹脂の射出成形方法。
6. 前記所定箇所と前記スクリュとの間を流れる前記樹脂原料の圧力損失および温度の各々の検出値を用いて前記流量を取得し、取得された前記流量に応じて前記強化繊維の前記供給量を可変に制御する、
   請求項５に記載の繊維強化樹脂の射出成形方法。
7. 前記樹脂原料の前記流量を取得する樹脂流量取得ステップと、
   取得された前記流量および所定の繊維含有率を用いて前記強化繊維の前記供給量を取得する繊維供給量取得ステップと、
   取得された前記供給量により前記強化繊維を供給させる繊維供給制御ステップと、を備える、
   請求項６に記載の繊維強化樹脂の射出成形方法。

Images